1. WZE ist integrativer Bestandteil von verschiedenen Untersuchungsebenen in Waldökosystemen als funktionale Einheit:

Dauerbeobachtung und Waldklimastationen geben den zeitlichen Verlauf von vielen chemischen und physikalischen Umwelt- und Standortsgrößen in hoher zeitlicher und geringer räumlicher Auflösung wieder:

• 8 Dauerbeobachtungsflächen mit einem Intensivmessprogramm (LEVEL II) – Stoffein- und –austräge; Bioindikation - Bodenvegetation, Flechten; Holzzuwachs, Baumernährung
• 35 Waldklimastationen (davon 8 Freiflächen Bestandteil von LEVEL II und 3 Stationen in Phänologischen Gärten) – 24 WKS zur Bestandesmeteorologie
• 8 Phänologische Gärten – Austriebs- und Blühphänologie

Bodenzustandserhebung und Waldzustandserhebung (WZE) bieten Datenbasis für statistische Verfahren der Regionalisierung
(Interpolationsverfahren wie Regressions-Kriging in Verbindung mit den flächigen Kartierungen - Forsteinrichtung, Standortskartierung)

• 4 x 4km Stichprobennetz der jährlichen Waldzustandserhebung (LEVEL I) – Kronenzustand und erkennbare Schadursachen
• 4 x 4 km Stichprobennetz der Bodenzustandserhebung (Wiederholung mit 8 x 8 km)
• Forstschutzmeldewesen (z.B. Borkenkäfermonitoring, Monitoring so genannter Kieferngroßschädlinge)

Die Notwendigkeit möglichst flächig zu erfassende bzw. in die Fläche zu übertragende Weiser für Vitalität und Produktionskraft von Waldbäumen, als tragende Komponente von Wald-Phytozönosen zu finden, bleibt bestehen.

Im Kontext mit dem gesamten forstlichen Umweltmonitorings sollen Umwelteinwirkungen unterschiedlichster Ursache auf Waldökosysteme tendenziell dokumentiert und die Ableitung von Handlungsempfehlungen für Politik und Praxis unterstützt werden. Die WZE für sich genommen ist ein beschreibendes und kein deterministisches, kausalanalytisches Verfahren.

2. Verwendung von Kronenzustandsdaten: Regionalisierung

• Unter Anwendung multipler linearer Regressionsmodelle die über 70 % der Variation der Nadel-/Blattverluste anhand von Standortsfaktoren und dem Alter erklären, wurden die Ergebnisse der WZE regionalisiert.
• Dem ging die Regionalisierung wesentlicher Ergebnisse Bodenzustandserhebung (BZE) voraus.
• Nach Bereinigung des bekanntermaßen sehr starken Alterseffektes auf den Belaubungs- / Benadelungszustand von Waldbäumen in den Regressionsmodellen (Bezugsalter 60 Jahre) wurden die topographischen, bodenchemischen und substratspezifischen Standortseffekte wiederum deutlich sichtbar (potenzielle Waldzustandskarte). Es war daraufhin möglich die topographisch und edaphisch benachteiligten Standorte zu visualisieren (Kuppenlagen und südexponierte Lagen)
• Diese Ergebnisse dokumentieren standortsabhängig die in der Vergangenheit besonders ungünstige Immissionssituation des Erzgebirges und waren Grundlage für die ökologisch fundierte Ausweisung bzw. Aktualisierung der Immissionsschadzonierung (vgl. §32 SächsWaldG).

3. Verwendung von Kronenzustandsdaten: Erfolgskontrolle

• Erklärung von Wirkungs-Zusammenhängen wies für das Modellgebiet Erzgebirge Kalkungseffekte als signifikante Einflussgröße auf die Höhe der Nadel-/ Blattverluste nach.
  
• den starken Effekt der Waldkalkung auf die Höhe der mittleren Nadel-/ Blattverluste zeigt der Vergleich mit einer Visualisierung, die den Effekt der durchgeführten Waldkalkungen eliminiert
• Wahrscheinlich hätte sich der Waldzustand ohne Kalkung trotz der seit Mitte der 1990-er Jahre zu verzeichnenden positiven Wirkungen der Luftreinhaltungsmaßnahmen wesentlich ungünstiger entwickelt.
  
• Zudem wurde durch die Kalkung ein Auftreten von Vergilbung als Beleg für Mg-Mangel unterbunden.

4. Verwendung von Kronenzustandsdaten: Handlungsempfehlung

• Weiterhin konnten unter Einbeziehung der Daten der WZE die Effekte einer in drei Szenarien simulierten Veränderung der Baumartenzusammensetzung (0 %, 25 % und 50 % Laubbaumanteil an der Waldbestockung) auf die bodenchemische Ausstattung zum Zeitpunkt der Bodeninventur für das Modellgebiet der Porphyre / Phyllite berechnet und im GIS dargestellt werden.
• Nach diesen Modellrechnungen bewirkt für die Tiefenstufe 0 – 5 cm bereits ein Laubbaumanteil von 25 % eine starke Anhebung der Basensättigung von großflächig unter 10 % auf dann mindestens 10-15 %. Die Modellrechnungen zeigen aber auch, dass ein steigender Laubbaumanteil keineswegs eine gleichmäßige Anhebung bzw. Nivellierung der räumlichen Verteilung der Basensättigung in der Waldlandschaft bewirkt. Insbesondere Oberhangsituationen und Kuppenlagen zeigen sich auch bei erhöhter Laubbestockung stärker versauert als Unterhangsituationen. Dies eröffnet differenzierte Maßnahmen zur Optimierung der Ökosystemsteuerung und -stabilisierung unter der Einwirkung anthropogen veränderter Umweltbedingungen im Landschaftsmaßstab und liefert wichtige Hinweise für die Umsetzung waldbaulicher Konzepte.

5. Waldzustandserhebung in der Kritik

• Ungeachtet dieser Ergebnisse steht die WZE zunehmend in der Kritik
• Neben Kosten und Aufwandsdiskussionen muss in diesem Zusammenhang vor allem die Interpretationsmöglichkeit von Vitalitätsparametern betrachtet werden:
  • Anhand des ausgeglichen relativ geringen Niveaus der Nadelverluste bei Fichte und Kiefer und kritisch zu wertenden Belaubungszuständen z.B. bei Buche und Eiche ist die Notwendigkeit der Risikoverteilung durch Waldumbau – im wesentlichen charakterisiert durch durch eine höhere Baumartenvielfalt und eine Verschiebung der Baumartenzusammensetzung zugunsten der Laubbaumarten - im politischen Raum zunehmend schwerer zu vermitteln. Verstärkt wird dieser Trend durch betriebswirtschaftliche Erwägungen und die Struktur des aktuellen Holzbedarfs.
  • Insbesondere in den Fichtenforsten überwiegen inzwischen akute Schäden, die sich in der Höhe kalamitätsbedingter Zwangsnutzungen widerspiegeln, gegenüber chronischen Schäden am Assimilationsapparat.
• Die positive Entwicklung des Benadelungszustandes der Fichte zeigt den Erfolg der Kalkungsmaßnahmen und ist ein Weiser für veränderte Immissionsszenarien. Die alleinige Fokussierung auf den Kronenzustandes bedingt jedoch Fehlschlüsse bei der Einschätzung der aktuellen und zu erwartenden ökologischen Stabilität der Fichtenforsten sowie der Funktionalität einer vielfältig und intensiv genutzten Kulturlandschaft.

Notwendig sind:

• Die intensivere Nutzung aller umweltrelevanten Daten für aktuelle Fragestellungen und rasche Veröffentlichung der Ergebnisse sowie
  
• die kontinuierliche Anpassung der Waldzustandserhebung an den aktuellen Wissensstand und die neuen Möglichkeiten der Sensortechnik und Datenverarbeitung.

6. Kernkritik: Vitalitätsparameter

• Die im Wesen von Pflanzen begründete hohe phäno- und genotypisch bedingte Plastizität und Regenerationsfähigkeit erschwert die Bewertung morphologischer und physiologischer Parameter.
  
• Im Vergleich zu Tieren gleichen Pflanzen hiermit fehlende Beweglichkeit zur Stressvermeidung aus.
  
• STÖCKLIN: „Pflanzen reagieren auf Stress durch unspezifische und spezifische Reaktionen, die geeignet sind, den Stress zu bewältigen.“ Bei der Anpassung an Wassermangel, Sauerstoffmangel, extreme Kälte und Hitze sind Hormone beteiligt, die stressbedingt die Synthese von Proteinen aus den genetischen Informationen verändern. Auf die Möglichkeit von Wassermangel reagieren Pflanzen vorbeugend durch Schliessen der Stomata. Bei andauerndem Wasserstress wird ein verstärktes Wurzelwachstum initiiert was zu einer verbesserten Wasserbalance führt.
  
• Die Bewertung der Vitalität kann dabei grundsätzlich in den Ebenen Wachstum – Überleben – Fortpflanzung ansetzen.
  
• Parameter können möglichst nah an der Primärproduktion ansetzen, physiologische Prozesse (Hormonhaushalt, Gaswechsel, Xylemfluss) beobachten oder die Nettoproduktion (Biomassezuwachs, Dickenwachstum bei Bäumen oder eben Blattmengen) betrachten.

7. Vitalitätsparameter – Beispiele für Diskussionsansätze

• Eine aktualisierte Übersicht und Bewertung möglicher Vitalitätsparameter hinsichtlich: Spezifikation der Ursachen, Referenzwert für Schaden, Messverfahren und technisch-finanzieller Messaufwand wäre eine wesentliche Grundlage für weiterführende Diskussionen.
  
• Unspezifische Parameter lassen die Schadursachen nur im Vergleich mit umfassender Umweltbeobachtung erkennen. Wirkungskomplexe sind schwer zu fassen.
  
• Referenzfreie Parameter erschweren die Bewertung der Schäden – Schadschwellen sind nicht definiert – wo liegt die Grenze zwischen einer stressinduzierten Reaktion zur Schadensvermeidung und einem i. d. R. irreversiblen Schaden?
  
• Schätzverfahren enthalten subjektive Komponenten – objektive Messverfahren, die alle Messobjekte mit demselben Verfahren (möglichst zur gleichen Zeit) messen, sind belastbarer.
  
• Die Fokussierung auf den unmittelbaren Aufwand rückt die einfache Beherrschbarkeit des Verfahrens in den Mittelpunkt der aktuellen Diskussion und behindert die Entwicklung alternativer methodischer Ansätze. So sind seit der Einführung der WZE vor mehr als 20 Jahren, im Osten Deutschlands zunächst als ökologische Waldzustandskontrolle, keine nennenswerten methodischen Weiterentwicklungen zu verzeichnen.

8. Rationalisierungsmöglichkeiten innerhalb des aktuellen Verfahrens

8.1 Stichprobenumfang

• Der Ansatz einer derartigen Diskussion ist die Betrachtung der räumlichen Auflösung einer Stichprobe über den Stichprobenumfang.
• Die Kostenminimierung durch Aufnahme weniger Punkte wird teilweise durch steigenden Anteil des Fahraufwandes kompensiert:

  Netz Punkte % Kostenrelation 4x4 km 285 100 100 % 4x8 km 149 52 62 % 8x8 km 72 25 37 % 16x16 km 19 7 12 % 4x4 km optimiert 214 75 79 %

  
  Ohne Zeitstudie ist keine gesicherte Aussage möglich. Als Annahme steigt derFahrtaufwand proportional mit der Verringerung der Anzahl von Aufnahmepunkten von 25% auf 300% der Aufnahmezeit an.

• Ein nennenswerter Verlust an Genauigkeit tritt bei baumartengruppenbezogener Betrachtung der Mittelwerte erst bei Netzdichten ab 8x8 km (72 Punkten) ein. (KLICK)
• Differenziertere Auswertungen nach Wuchsgebieten oder mit spatial-statistischen Verfahren (Regionalisierung), sowie multivariate Analysen könnten jedoch bereits bei wesentlich größeren Stichproben eingeschränkt werden.

Ein Optimiertes Stichprobennetz, welches bisher erkannte Korrelationen (Alter, Höhenlage, Exposition) berücksichtigt, erscheint als Kompromisslösung tauglich zu sein.

8.2 Rationalisierungsmöglichkeiten: Aufnahmeturnus

• Grundlage ist die recht einfache Betrachtung eines statistischen Zeitreihentrend mit einer Kurvenanpassung (zusammengesetztes Modell Y = b0 (b1)^X)
  
• Baumart Eiche – keine klare Tendenz in der Zeitreihe mit Minima und Maxima: Begrenzung auf eine Aufnahme aller drei Jahre liefert den gleichen schwach positiven Trend bei engerem Konfidenzintervall, da Extremwert 1999 fehlt.
  
• Die bestehende Zeitreihe von 1991 bis 2006 kann retrospektiv in mehrjährige Aufnahmeturni modifiziert werden. Die drei möglichen Variationen des Beginnes einer modifizierten Zeitreihe zeigen jedoch „Trends“ die zu erheblich anderen Aussagen führen.
  
• Baumart Fichte (Folie 3) – deutlich sichtbare positive Tendenz in der Zeitreihe mit Maxima 1994 und Minima 2006: Begrenzung auf eine Aufnahme aller drei Jahre liefert den gleichen Trend bei einem weiteren Konfidenzintervall, da Extreme stärker einfließen.
  
• Die Variation des Beginnes einer modifizierten Zeitreihe verdeutlicht die Bandbreite ähnlich gearteter „Trends“

Eine Verlängerung des Aufnahmeturnus führt bereits bei einfachen Betrachtungen zu Fehlinterpretationen. Weiterführende Statistiken, insbesondere regressionsanalytische Ansätze können nicht mehr verfolgt werden. In Bezug auf die wachsende Bedeutung klimatischer Faktoren mit hoher zeitlicher Variabilität sind Zeitreihen und Vitalitätsparameter mit vergleichbar hoher zeitlicher Auflösung gefragt!

8.3 Rationalisierungsmöglichkeiten: Datensicherheit

• Die alljährlichen Kalibrierungskurse der Aufnahmetrupps zeigen die Qualität der Schätzung auf (Säulendiagramm links).
  
• Dargestellt ist die relative Häufigkeit der Abweichung vom Median des Nadel-/ Blattverlustes der in den Jahren 2000 bis 2006 aufgenommenen Probebäume.
  
• Demnach liegen bei Fichte 85% und bei der Buche 80% der Werte +/-5% um den Median aller Schulungsteilnehmer.
  
• Auch ein Vergleich zwischen Einzelansprachen im Verfahren ungeübter Waldarbeiter (blau) und geübter 2-Mann Trupps (grün) ist möglich. (rechtes Diagramm)
  
• Die Boxplots zeigen, dass die Güte der Aufnahme hierunter nicht nennenswert leidet (finnische Untersuchungen kommen zum gleichen Ergebnis).

Die Datensicherheit kann durch die Kalibrierungskurse dokumentiert werden. Ein-Mann-Trupps reichen zur Einschätzung aus. Durch einen Kontrolltrupp ist eine zusätzliche Absicherung der Datenqualität gegeben.

8.4 Rationalisierungsmöglichkeiten: Datenumfang

• Kern der WSE ist die Bonitur von Nadel- / Blattverlusten und Verfärbungen – als pflanzenphysiologischer Parameter für die Vitalität der Bäume.
  
• Die Bedeutung der Verfärbung als unspezifisches Symptom nimmt ab (im Gegensatz zur Periode chronischer Immissionsschäden).
  
• Eine Interpretation von Nadel- / Blattverfärbungen ist aufgrund der vielfältigen Ursachen und Wirkungszusammenhänge schwierig.
  
• Mit der Beschränkung auf die Bonitur der Defoliation kann die Berechnung der Schadstufen entfallen. Mit dem Rückgang der Schadstoffeinträge und neuen Herausforderungen, wie Sturmhäufigkeiten, Klimaerwärmung, Massenvermehrungen von Schadinsekten, ist die Bewertung ökologischer Stabilität und funktionaler Risiken auf unterschiedlichen Skalenebenen ohnehin von weitaus größerer Bedeutung als die vage Bewertung des so genannten Gesundheitszustandes von Baumarten auf der Grundlage des Benadelungs- bzw. Belaubungszustandes.
  
• Erfassung von Schadursachen hängt stark vom individuellen Kenntnisstand der Person und dem Zeitpunkt im Jahresverlauf ab. In der Regel ist eine Differentialdiagnose erforderlich, die – wenn überhaupt bei den Geländearbeiten durchführbar – an umfassendes Spezialwissen gebunden ist.
  
• Zudem ist ein direkter Zusammenhang zwischen den erfassten Symptomen und der Vitalität des Einzelbaums oftmals nur eingeschränkt gegeben. Da Wirkungen zeitlich verzögert eintreten, bestehen Schwierigkeiten bei der Interpretation der Ergebnisse.
  
• Eine Untersuchung der BFH (Arbeitsbericht 04/2006) weist durch schrittweise multivariate Analysen nur einen geringen Einfluss der Insektenschäden in einzelnen Jahren aus. Erwartungsgemäß spielt dieser bei Buche und vor allem bei Eiche eine größere Rolle.
  
• Die Aufnahme von Symptomen und ein davon personell und zeitlich entkoppelter Rückschluss auf Ursachen liefert keine Lösung, sondern bedingt vielmehr neue Unschärfen bei der Symptomansprache und Bewertung hervor.
  
• Die Lösung wäre vielmehr eine starke Vereinfachung der Aufnahmemethodik (z.B. nur Fraß phyllophager Insekten ohne Art in 5% Stufen).
  
• Der Einfluss Fruktifikation auf den Belaubungszustand ist gut erforscht. Blattmasse und Fruktifikation stellen erheblichen Teil der Nettoprimärproduktion dar.
  
• Dieser Aufnahmeparameter ist zur Bewertung der Vitalität sinnvoll und notwendig.
  
• Aufnahmeparameter (Einsehbarkeit der Krone, usw.) können zur Qualiätssicherung herangezogen werden und sind deshalb ebenfalls notwendig.

Eine Aufnahme von biotischen und abiotischen Schäden, mit einem spürbaren Anteil am Zeitaufwand bei den Geländearbeiten, kann entfallen (Beispiel Nonneschäden – Wiederaustrieb nach Fraß). Einen Überblick über die landesweiten Schäden kann aufgrund der zu geringen räumlichen Auflösung ohnehin nicht gegeben werden! Das Forstschutzmeldewesen bietet hierzu eine weitaus bessere Informationsgrundlage!

9. Rationalisierungsmöglichkeiten: Weiterentwicklung durch Fernerkundung

• Die geringe räumliche Auflösung betont den Bedarf eines flächigen Verfahrens, welches direkt von der forstlichen Produktionssteuerung genutzt werden kann.
  
• Die fortschreitende technische Entwicklung im Bereich der Fernerkundung bietet hierfür Ansätze:
  
  • Erfassung von Sturmschäden nach Lothar in Baden-Württemberg durch Firma SARMAP S.A. aus der Schweiz: Nutzung von Radardaten zur Kartierung von Sturmschäden.
    
  • Unterstützung der Forstinventuren des USDA durch Fernerkundungsdaten (Biomasse und Baumartenverteilung): Phase1 der Inventur legt Waldflächen aus Satellitendaten fest. Eine Klassifikation der Bestände anhand von Fernerkundungsdaten zur besseren Übertragung der Stichprobenerhebung in die Fläche ist vorgesehen.
    
• Untersuchungen zur Nutzung von Fernerkundungsdaten für die Waldzustandserhebung lassen sich seit ihren Anfängen finden:
  
  • z.B. Hildebrand 1984, 1987, 1989
    
  • BMFT & DLR – Projekt „Beobachtung von Waldschäden im Gesamtharz mit Fernerkundungsdaten“ 1987-1989;
    
  • Projekt „Verbessertes Waldzustandsmonitoring mit MOMS-Priroda-Daten“ in Sachsen 2002;
    
  • Satellite Based Environmental Monitoring of European Forests (SEMEFOR) 1999-2001; Kahabka 2000.
    
• Die Ergebnisse haben jedoch bisher keinen Eingang in ein Bewertungssystem gefunden. Dabei scheinen die Möglichkeiten der Sensoren gegeben, z. B.:
  
  • Chloropyllmengen / Funktion des Photosystems sind anhand von Strahlungsdaten quantifizierbar. Diese Parameter lassen Rückschlüsse auf das Niveau der Primärproduktion zu (Vitalitäts- und Wachstumsweiser).
    
  • Radarstrahlung ermöglicht Informationen zu Vegetationshöhen und Biomassevorräten
    
  • Mikrowellen liefern Schätzungen des Wassergehalts der Vegetation
    
• Dabei hatten die Untersuchungen zumeist den Ansatz einer Übertragung von Satellitendaten auf die Methodik der terrestrischen Waldzustandserhebung und nutzte Satellitentechnik mit geringer räumlicher Auflösung.
  
• Eine Anpassung des Inventur- und Bewertungsdesigns an die Möglichkeiten der Satellitentechnik, die zunehmend höhere Auflösungen (IKONOS mit mehreren Pixeln pro Baum) liefert, könnte zum Ziel führen.

Vorteile der Fernerkundung:

• Es werden objektive Messgrößen für die gesamte Fläche zum gleichen Zeitpunkt (Radar, Mikrowellen – durchdringen Wolken) oder in einem engen Zeitrahmen (Strahlungsmessung unterliegt Wolkeneinfluss) erhoben.
• Die Kosten für Flächeninformationen sind relativ gering (kostenfrei bis 3000 EUR pro Bild). Statistische Verfahren der Regionalisierung von Stichprobendaten könnten entfallen.

Nachteile Fernerkundung:

• Aufwendige Verfahren der Datenaufbereitung und –analyse sind notwendig. Neue Klassifizierungsmethoden und die bessere Rechentechnik könnten dennoch Kostenvorteile erhalten.
  
• Waldbestände sind ungleich schwierigere Untersuchungsobjekte als beispielsweise landwirtschaftliche Kulturen (Baumartenmischung, Bestockungsgrade, mehrer Vegetationsdecken), bei denen die Vitalitätsbewertung weit fortgeschritten ist. Die Interpretation der Daten erfordert die Einbeziehung weiterer Flächeninformationen der bestehenden GIS.
  

In einem ersten Ansatz könnte die Fernerkundung dazu dienen, günstiger und exakter Flächeninformationen aus den Daten eines intensiven Monitoringsystems zu erhalten.

10. Konsequenz für Sachsen

• Ausschöpfung der sinnvollen systemkonformen Rationalisierungspotenziale
  
  • Redundanzminimierung/Netzoptimierung
    
  • Verzicht auf Ursachenermittlung
    
  • Ein-Mann-Aufnahmetrupp in Verbindung mit konsequenter Kontrollaufnahme (Qualitätssicherung)
    
• Ermittlung und Erprobung von alternativen Vitalitätsparametern
  
  • Holzzuwachsmessung (zeitlich hochauflösend) – Wachstum als Vitatlitätsweiser – objektives Messverfahren
    
  • Produktionsschätzung (Kontrolle LZ?)und Berücksichtigung phänologischer Aspekte (Klima)
    
    • [Dauerbeobachtung, definiertes Set unter Ausschluss von Konkurrenzeinflüssen (gleiches Alter, Freistand) - Integration in permanente Stichprobe der FE/BWI ist zu prüfen, Berücksichtigung von Zuwachsverläufen]
      
• Unterstützung europäischer und bundesweiter Initiativen zur Klärung bestehender Möglichkeiten der Fernerkundung

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